[发明专利]一种扰动混合的快速储热模组

说明书

本发明涉及一种扰动混合的快速储热模组，该模组包括中心柱状蒸汽腔、枝杆蒸汽腔、轴向扇叶式肋片、径向扇叶式肋片和相变容器。所述中心柱状蒸汽腔布置在相变容器内部，通过骨架可旋转支撑与相变容器连接；所述枝杆蒸汽腔与中心柱状蒸汽腔内部相互连通，且沿其径向对称分布；所述轴向扇叶式肋片和径向扇叶式肋片均是由多个尺寸大小不同的叶片腔肋组成的偏心扇叶结构，分别与中心柱状蒸汽腔和枝杆蒸汽腔的外表面间隙配合，在外部冲击或扰动作用下，因重心偏移可分别促进相变容器内工质沿轴向和径向的混合；所述相变容器内布置有上述中心柱状蒸汽腔、多组轴向扇叶式肋片以及多组径向扇叶式肋片，其它部分填充具有吸热和放热功能的相变工质。

技术领域

本发明涉及快速储热技术领域，具体涉及需要高效储热或散热冷却的系统。

背景技术

现有的储热技术主要有三种，包括显热存储、潜热存储和化学反应储热。其中潜热存储系统具有储能密度高、温度变化小等特点，已经被成功应用于太阳能热利用、风能存储、工业余热回收、建筑节能、电子设备散热等方面。但是，在潜热存储系统中所使用相变材料较低的热导率会严重削弱热能的存储和释放速率。所以，有很多研究人员使用翅片管和封装的相变材料以增大传热面积，如管壳式储热系统、微胶囊化相变材料。虽然翅片管对于常规的热交换器有着很高的性能增强效果，对潜热存储系统也十分有效，但传统的翅片均为固定的结构，仅依靠导热的作用进行热传递，且固定的翅片结构将相变工质分隔，阻碍工质的流动，导致热量的分布严重不均匀。在传统的相变材料的储热阶段，因密度的差异与浮升力作用，固态工质吸热变为液态并向上运动，容器内部产生自然对流可促进相变材料整体温度的均匀性，但是在水平方向上的不均匀性仍然存在，且依靠相变工质自然对流或固定的翅片结构均无法有效改善，导致相变容器内放热速率减慢，严重影响了储热设备的效率与重复使用性。在一些特定使用条件，如国防、汽车、石油勘探等系统中，设备通常会面临震动、冲击、摇摆等问题，这些过程本身是机械能的体现，我们寄希望于此机械能在增强储热过程的均匀性方面加以利用。

专利CN212116004U所公开的一种翅片结构复合型储热装置，通过使用热管和翅片等多种结构的配合，迅速将热量传导到内部各个位置，实现热量的快速存储。该专利提出了热管搭配翅片的思路，但金属翅片为固定件仅能通过导热方式传递热量，该翅片结构为固定的连接方式，仅能通过导热方式传递热量，未有依靠机械能增强轴向和径向对流换热的描述，与本专利结构及设计思路不相同。

专利CN104718422A所公开的一种用于储热系统的热交换器，通过使用径向和纵向延伸的两种翅片来增加管和相变材料之间的热交换区域，提高相变材料储热的效率。该专利提出了一种类似放射状的翅片类型，可将管的热量均匀化向空间扩散。但是，该专利提出的金属翅片为固定连接方式，仅能通过导热方式传递热量，未有依靠机械能增强轴向和径向对流换热的描述，与本专利结构及设计思路不相同。

专利CN101818955A所公开的一种蓄热式风力制热机，通过风力来驱动支架杆的转动，并利用支架杆上的搅拌叶片组来搅拌液体物质，完成机械能向热能的转换，从而实现风力制热的功能。该专利提出了一种搅拌叶片组，可实现对容器中液体的搅拌，也是一种增强对流的方式。但是，该搅拌叶片组需要持续的外部驱动，不能通过外部的短时间冲击或扰动来产生持续的搅拌效果，与本专利结构与设计思路不同。

专利CN108020107A所公开的一种旋转式相变蓄热器，通过使用旋转叶片，在液态相变材料内部产生强制对流，增强了液态相变材料的换热效率。但是，该旋转叶片需要持续的外部驱动，不能通过外部的短时间冲击或扰动来产生持续的搅拌效果，与本专利结构与设计思路不同。

发明内容

本发明针对现有潜热式热存储系统相变材料导热系数低、热量传递不均匀、储热和放热速率慢等问题，提出一种包括中心柱状蒸汽腔、枝杆蒸汽腔、轴向扇叶式肋片、径向扇叶式肋片和相变容器的扰动混合快速储热模组。该模组可应用于震动、冲击、摇摆等条件下的情况，利用上述条件下的机械能增强相变材料内部的对流换热，提升相变材料内传热的均匀性，提高系统的储热或散热速率。

本发明解决上述问题的技术方案是：